衛子夫（？－前91年），名不詳，字子夫。西漢平陽（今山西臨汾）人，大司馬大將軍衛青是她的弟弟，大司馬驃騎將軍霍去病是她的外甥。
漢武帝即位後，他的第一位皇后陳阿嬌。兩人婚後後十一年無子(根據資治通鑒漢武帝卷資治通鑒建元二年條記載，陳後在建元二年衛子夫入宮前已經失寵，結合漢書可知劉徹陳後在武帝7歲立為太子後不久即結婚)，所以平陽公主就把鄰近大戶女子收買來，養在家中，準備讓漢武帝選取為妃。
前139年(建元二年）春，適逢漢武帝在霸上祭掃後來到平陽侯家中，平陽公主就將這些美女裝飾打扮起來，供漢武帝選擇。但漢武帝看後，覺得都不滿意。在武帝與平陽公主一起飲酒的時候，平陽公主又讓歌女獻歌助興，漢武帝便在眾女中一眼看中了衛子夫隨後，漢武帝起坐更衣，衛子夫便來服侍，一見傾心。這樣，平陽公主送衛子夫入了宮。
入宮一年多來，由於陳皇后的妒忌，以及強硬手腕的打壓被貶為宮女，再也沒有得到漢武帝的寵幸。
公元前138年（建元三年）漢武帝準備在後宮選上自己喜歡的人，釋放一批不中用的宮女，衛子夫才又見到他，並哭泣著請求放她出宮。漢武帝憐愛她，便不予她出宮並再度臨寵幸了她，不久衛子夫就有了身孕。
陳皇后知道衛子夫懷孕後，十分妒忌。館陶大長公主（劉嫖）於是派人綁架了給事建章未知名的衛青，企圖殺了衛青。衛青的朋友公孫敖帶人將衛青救出，事發之後武帝大怒，於是召衛子夫的兄長衛長君、弟弟衛青入宮為侍中。
衛家大姐衛君孺嫁給太僕公孫賀，二姐衛少兒嫁給開國功臣陳平曾孫陳掌。其後衛家開始顯貴，衛子夫被封為夫人（夫人是僅次於皇后的嬪妃，當時竇太后尚在世），衛青為建章監、太中大夫。
漢武帝元朔元年（前128年），衛子夫生下皇長子（劉據），於是被立為皇后。
元狩元年（前122年），劉據被立為太子。由於他是漢武帝29歲才得來的皇長子，十分得父親寵愛。劉據剛剛出生武帝便命人為他做《皇太子賦》，等於提前就昭告天下這個剛出生的嬰兒就是太子，同時建立神祠感謝上蒼賜他皇長子。
劉據長大後，武帝除了派德高望重的太傅輔導他學習《觳梁春秋》、《公羊春秋》外，還為他建了一座苑囿接待賓客，稱為博望苑。
皇太子的確立，自然更加鞏固了皇后的地位，因此，衛皇后的榮寵也達到了極點。然而，作為宮廷婦人，隨著容顏的衰老，衛皇后受寵程度也在逐漸下降。
元朔元年後，衛子夫在漢武帝面前的寵幸地位被王夫人所代替，之後又有李夫人、尹婕妤、邢夫人、趙婕妤（鉤弋夫人）。在她立為皇后的第38年，也就是前91年(漢武帝征和二年），因遭權臣江充發起的巫蠱之禍陷害，衛子夫由於支持太子，被漢武帝遷怒，不能自明而自殺，葬於桐柏。
十八年後她的曾孫劉詢登基為漢宣帝，於是以皇后禮重新厚葬她，追諡號曰「思」，建園置周衛。史稱孝武衛思後。